Stabilità e Instabilità Atmosferica
Lezione 23 – Meteorologia | Corso PPL NIBBIO IV
Condizioni di Stabilità
Per determinare la stabilità dell'atmosfera si confronta il gradiente termico verticale (ELR – Environmental Lapse Rate) con il gradiente adiabatico secco (DALR = 1°C/100 m).
Aria non satura
- STABILE → se il Gradiente Termico < Gradiente Adiabatico Secco
- INSTABILE → se il Gradiente Termico > Gradiente Adiabatico Secco
Regola pratica: se l'aria che sale si raffredda più rapidamente dell'ambiente circostante, tenderà a tornare alla posizione originaria (stabile). Se si raffredda più lentamente, continuerà a salire (instabile).
Confronto Gradienti
I diagrammi mostrano due colonne d'aria con gradienti termici diversi confrontati con il DALR (1°C/100 m):
| Colonna | Gradiente Termico | Confronto con DALR | Risultato |
|---|---|---|---|
| Colonna a | 0,8°C/100 m | Minore del DALR (1°C/100 m) | STABILE |
| Colonna b | 1,2°C/100 m | Maggiore del DALR (1°C/100 m) | INSTABILE |
Nota: Nella colonna (a) l'aria spostata verso l'alto si trova più fredda dell'ambiente e tende a ridiscendere. Nella colonna (b) l'aria spostata verso l'alto si trova più calda dell'ambiente e continua a salire.
Stabilità e Instabilità
Riepilogo dei tre casi fondamentali:
| Condizione | Tipo di Atmosfera | Stato dell'Aria |
|---|---|---|
| Grad. Termico < Grad. Adiabatico Secco | SUBADIABATICA | ARIA STABILE |
| Grad. Termico > Grad. Adiabatico Secco | SUPERADIABATICA | ARIA INSTABILE |
| Grad. Termico = Grad. Adiabatico Secco | ADIABATICA | ARIA INDIFFERENTE |
Analogia meccanica: l'equilibrio stabile è come una palla in una valle (torna alla posizione iniziale), l'instabile come una palla su una collina (si allontana), l'indifferente come una palla su un piano (resta dove viene spostata).
Aria Satura
Nel caso di aria satura, il gradiente è diverso perché durante la condensazione avviene il rilascio del calore latente.
- Il vapore condensa e si formano le nuvole.
- Il calore rilasciato riscalda l'aria che diventa più leggera.
- Il Gradiente Adiabatico Saturo (SALR) non ha un valore fisso ma dipende dalla temperatura dell'aria.
SALR < DALR: il gradiente adiabatico saturo è sempre minore del gradiente adiabatico secco, perché il calore latente rilasciato dalla condensazione rallenta il raffreddamento dell'aria in salita. Il SALR varia tipicamente tra 0,4°C e 0,9°C per 100 m.
Aria Condizionatamente Instabile
L'aria è condizionatamente instabile quando è stabile fino alla saturazione, ma diventa instabile successivamente per il rilascio di calore latente.
- Una particella d'aria segue il DALR (gradiente adiabatico secco) fino al raggiungimento della saturazione.
- Al punto di condensazione si formano le nubi.
- Oltre il punto di condensazione, la particella segue il SALR (gradiente adiabatico saturo).
- Se il SALR è minore dell'ELR, l'aria diventa più calda dell'ambiente e continua a salire: instabilità condizionata.
Per il pilota: l'instabilità condizionata è insidiosa perché l'aria può apparire stabile al suolo ma diventare instabile una volta raggiunta la quota di condensazione, generando nubi a sviluppo verticale e turbolenza.
Diagrammi ELR vs DALR/SALR
Stabilità
Quando l'ELR è più ripida del DALR, l'aria che sale si trova più fredda dell'ambiente circostante e tende a scendere. L'atmosfera è stabile sia per aria secca che satura.
Instabilità
Quando l'ELR è meno ripida del DALR, l'aria che sale si trova più calda dell'ambiente circostante e continua a salire. L'atmosfera è instabile sia per aria secca che satura.
Sondaggio Termodinamico
Effetto orografico: su terreno montagnoso il flusso d'aria stabile scorre in modo laminare seguendo il profilo del terreno, mentre in condizioni di instabilità si generano moti convettivi con correnti ascendenti e discendenti, turbolenza e possibile formazione di cumulonembi.
Fenomeni per Stabilità e Instabilità
| Fenomeno | ARIA STABILE | ARIA INSTABILE |
|---|---|---|
| Visibilità | Scarsa o pessima | Ottima |
| Nubi | Stratificate | Sviluppo verticale |
| Precipitazioni | Persistenti e poco intense | Intermittenti e forti |
Per il pilota: in aria stabile la visibilità ridotta e le nubi basse stratificate possono impedire il volo VFR. In aria instabile i pericoli principali sono turbolenza, temporali e precipitazioni intense ma di breve durata.
Fenomeni per Instabilità
Le principali cause di instabilità atmosferica sono:
- Avvezione di aria calda solo negli strati prossimi al suolo (fenomeno raro).
- Avvezione di aria fredda solo in quota.
- Aria che scorre al di sopra di un suolo più caldo.
- Aria fredda che in inverno scorre su mare più caldo.
- Movimenti verticali a scala sinottica (nelle saccature frontali).
Attenzione: tutte queste cause hanno in comune l'aumento del gradiente termico verticale, rendendo l'atmosfera più instabile e favorendo lo sviluppo di moti convettivi e fenomeni meteorologici significativi.
Fenomeni per Stabilità
Le principali cause di stabilità atmosferica sono:
- Raffreddamento notturno del suolo per perdita di calore nell'infrarosso.
- Avvezione di aria fredda solo in prossimità del suolo.
- Avvezione di aria calda in quota.
- Aria che scorre al di sopra di una superficie più fredda.
- Moti verticali discendenti a grande scala.
Inversione termica: molte di queste cause producono un'inversione termica (la temperatura aumenta con la quota), che rappresenta una condizione di forte stabilità e blocca i moti verticali dell'aria, intrappolando umidità e inquinanti negli strati bassi.